發(fā)布時間：2017-10-29 06:02

  本文關(guān)鍵詞：低碳鋼焊接接頭表面沖擊摩擦改性

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【摘要】：通過表面改性處理在材料焊接接頭的表面實現(xiàn)納米化,可以提高焊接接頭的均勻性,達到強化焊接接頭性能的效果。表面沖擊摩擦改性技術(shù),即利用旋轉(zhuǎn)的沖頭對工件表面進行機械沖擊以提高工件表面性能,是表面改性處理的新方法,將表面沖擊摩擦改性技術(shù)應(yīng)用于焊接接頭,對提高焊接接頭表面組織和性能均勻性具有重要意義。本文針對Q235焊接接頭,采用兩種不同規(guī)格的沖頭,進行了不同次數(shù)的表面沖擊摩擦改性處理工藝實驗,采用光學(xué)金相顯微鏡,掃描電子顯微鏡(SEM),顯微硬度計等測試儀器對經(jīng)過表面沖擊摩擦處理的焊接接頭組織形貌和顯微硬度進行分析,利用X-射線衍射儀(XRD)測試焊接接頭表面晶粒尺寸,采用ASMB2-16靜態(tài)應(yīng)變采集箱及HK-21型三維應(yīng)力分布磁測儀測試焊接接頭殘余應(yīng)力分布,并初步選擇部分試樣在MTS810疲勞實驗機上進行了四點彎曲疲勞性能實驗。結(jié)果表明：利用Ⅰ型沖頭(圓柱狀)對焊縫表面進行沖擊摩擦改性處理5次后,在焊縫表面形成塑性變形層,隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加,塑性變形層的厚度逐漸增加。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,塑性變形層的厚度能夠達到600μm左右,并在表面形成厚度為60μm左右的纖維狀晶粒細化層。熱影響區(qū)的表面晶粒也隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細化,沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,塑性變形層厚度能夠達到400μm,但表面沒有形成纖維狀的細化層。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)為20次時,焊縫表面硬度達到370HV,熱影響區(qū)表面能夠達到280HV,并且隨著距表面距離的增加,硬度逐漸減小,一直到?jīng)_擊前的硬度。利用Ⅱ型沖頭(圓錐狀)進行10次表面沖擊摩擦處理時,焊縫表面形成大約4001μm厚的塑性變形層,隨著沖擊摩擦次數(shù)增加,塑性變形層的厚度逐漸增加。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,變形層厚度達到800μm左右,焊縫表面塑性變形層硬度達到280HV,表面沒有形成纖維狀的晶粒細化層。熱影響區(qū)的表面晶粒隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細化,沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,塑性變形層厚度達到400μm,表面硬度能夠達到250HV。與采用Ⅰ型沖頭時相比,表面硬度提高的幅度較小,沖擊改性效果較小。采用Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理5次時,焊縫表面的平均晶粒尺寸細化到27.2nm,隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加,晶粒尺寸逐漸變小,但在沖擊摩擦改性處理10次、15次時降低幅度不大。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,晶粒尺寸減小幅度較大,平均晶粒尺寸能夠達到10.6nm。分析晶粒細化的原因是沖頭的沖擊和旋轉(zhuǎn)摩擦作用引起焊縫表面的晶粒內(nèi)部發(fā)生位錯運動、增殖、交割、湮沒等過程,在焊縫表面形成強烈的塑性變形層,變形層中的位錯密度隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而增大,晶粒逐漸被細化至納米級。根據(jù)磁測法的結(jié)果,隨著Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理次數(shù)的增加,焊縫表面的殘余應(yīng)力分布具有不同的變化。在表面沖擊摩擦改性處理10次時,焊縫表面形成較為明顯的殘余壓應(yīng)力分布。通過盲孔法測試,表面沖擊摩擦改性處理能夠?qū)_擊處理前的殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力,并減小原來的殘余壓應(yīng)力,使殘余壓應(yīng)力的分布逐漸均勻。當(dāng)沖擊摩擦次數(shù)達到20次時,殘余壓應(yīng)力分布較為均勻,平均應(yīng)力為50MPa左右。
【關(guān)鍵詞】：沖擊摩擦 表面改性 焊接接頭 晶粒細化 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG407;TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 選題背景11
• 1.2 材料的表面改性處理11-19
• 1.2.1 表面改性處理的方法12-16
• 1.2.2 表面改性處理對材料組織和性能的影響16-19
• 1.3 表面改性處理焊接接頭的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 表面機械研磨處理焊接接頭的研究19
• 1.3.2 超音速微粒轟擊處理焊接接頭的研究19-20
• 1.3.3 超聲沖擊處理焊接接頭的研究20
• 1.3.4 激光沖擊處理焊接接頭的研究20-21
• 1.4 本文研究內(nèi)容及意義21-22
• 1.4.1 課題研究的意義21
• 1.4.2 課題研究的內(nèi)容21-22
• 第2章 實驗設(shè)備及原理22-29
• 2.1 實驗材料22
• 2.2 實驗方法22-24
• 2.2.1 Q235鋼板表面TIG焊22-23
• 2.2.2 表面沖擊摩擦改性處理設(shè)備23-24
• 2.3 分析與測試方法24-28
• 2.3.1 金相顯微鏡觀察24-25
• 2.3.2 掃描電鏡觀察25
• 2.3.3 XRD衍射25
• 2.3.4 顯微硬度測定25-26
• 2.3.5 殘余應(yīng)力測定26-27
• 2.3.6 拉伸實驗測試27
• 2.3.7 疲勞強度測定27-28
• 本章小結(jié)28-29
• 第3章 組織形貌和XRD實驗結(jié)果與分析29-42
• 3.1 金相組織形貌結(jié)果與分析29-35
• 3.1.1 表面沖擊摩擦改性處理后的表面宏觀形貌29
• 3.1.2 表面沖擊摩擦改性處理前的組織形貌29-30
• 3.1.3 表面沖擊摩擦改性處理焊接接頭后的組織形貌30-32
• 3.1.4 表面沖擊摩擦改性處理熱影響區(qū)后的組織形貌32-35
• 3.2 SEM組織形貌分析35-38
• 3.2.1 Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理焊縫區(qū)域后的SEM分析35-37
• 3.2.2 Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理熱影響區(qū)后的SEM分析37-38
• 3.3 XRD結(jié)果及晶粒度分析38-41
• 本章小結(jié)41-42
• 第4章 性能實驗結(jié)果與分析42-60
• 4.1 顯微硬度分析42-46
• 4.1.1 Ⅰ型沖頭沖擊焊縫的顯微硬度分析42-43
• 4.1.2 Ⅰ型沖頭沖擊熱影響區(qū)的顯微硬度分析43-44
• 4.1.3 Ⅱ型沖頭沖擊焊縫的顯微硬度分析44-45
• 4.1.4 Ⅱ型沖頭沖擊熱影響區(qū)的顯微硬度分析45-46
• 4.2 殘余應(yīng)力測試結(jié)果及分析46-54
• 4.2.1 磁測法46-49
• 4.2.2 盲孔法49-54
• 4.3 拉伸實驗54-55
• 4.4 疲勞實驗結(jié)果及分析55-59
• 4.4.1 疲勞實驗數(shù)據(jù)55-57
• 4.4.2 疲勞裂紋源分析57-59
• 本章小結(jié)59-60
• 第5章 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-65
• 后記65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況66

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